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07.02.2019

3D Drucker und Anwendungsgebiete für Unternehmen

Der 3D Druck gehört zu den größten Innovationen des 21. Jahrhunderts. Mittels verschiedenster Materialien Gegenstände zu drucken und das nach freier Fantasie, ohne Schablone – das schien vor einigen Jahrzehnten noch undenkbar. Ein rasanter Fortschritt, der Fragen aufwirft: Was bedeutet 3D Druck? Welche Möglichkeiten gibt es und wie viele Anwendungsgebiete können noch erschlossen werden? Denn besonders Unternehmen können bspw. durch effizientere Prototyping- oder sogar Fertigungsprozesse vom 3D Druck profitieren. Wir erläutern die Facetten, Chancen und Visionen.

 

3D Druck und seine Eigenschaften

Der 3D Druck, der eine Fertigungstechnik aus dem Bereich Additiver Fertigung (engl. Additive Manufacturing) darstellt, beschreibt Herstellungsverfahren, bei denen dreidimensionale Gegenstände durch das – zumeist schichtweise - Hinzufügen von Werkstoffen entstehen. Sowohl flüssige als auch feste Werkstoffe werden für diesen Prozess eingesetzt. Der Entwurf der zu druckenden Objekte erfolgt in der Regel mit einer CAD-Software (Computer Aided Design) am Computer. Damit die Werkstoffe in die vorab modellierte Form gebracht werden können, müssen sowohl chemische als auch physikalische Schmelz- und Härtungsprozesse ablaufen.

Natürlich ist nicht jeder beliebige Werkstoff für den Prozess des 3D Druckens geeignet. Zu den üblicherweise eingesetzten Stoffen gehören Keramiken, Kunststoffe, Metalle oder auch Kunstharze. Demnach gibt es eine hohe Bandbreite an Möglichkeiten, mit Werkstoffen verschiedener Art zu arbeiten. Zu den neueren Entwicklungen im Bereich 3D Druck gehört der Einsatz von Carbon- und Graphitmaterialien.

3D Drucker Schuh

 

Grundlegende Anwendungsgebiete des 3D Drucks

Zu den gängigen Anwendungsbereichen des 3D Drucks zählen die Industrie, der Modellbau und die Forschung. Diese Bereiche profitieren von der schnellen sowie kostengünstigen Fertigung von Mustern, Prototypen, Modellen, Werkzeugen und Endprodukten mithilfe von 3D Druckern. Aber auch im privaten Bereich findet der Prozess Anwendung. Sei es Kunst oder der Heim- und Unterhaltungsbereich. So besitzt auch Axel Dietrich, Geschäftsführer der Sinclair & Spark GmbH, eine eigene Werkstatt inklusive 3D Drucker, in der er sich heimwerklich mit additiver Fertigung beschäftigt.

Typische Einsatzgebiete des 3D Drucks können in verschiedene Anforderungsbereiche eingeordnet werden. Im Groben sieht diese Aufteilung nach autodesk folgendermaßen aus:

  • Prototyping: Dieser Begriff beschreibt das Erstellen von Prototypen, bspw. für Mockups, visuelle Konzepte oder für Präsentationen.
  • Leichtbauteile: Die Luft-, Raumfahrt- und Automobilindustrie hat einen hohen Bedarf an Leichtbauteilen, um bspw. Emissionen zu reduzieren und Kraftstoff zu sparen.
  • Produkte mit verbesserter Funktionalität: Durch den 3D Druck werden viele Barrieren aufgehoben, die bei sonstigen Arten der Produktion die Optimierung in der Herstellung von Gegenständen verhindern würden.
  • Benutzerdefinierte medizinische Implantate: Echte Knochenstrukturen zu simulieren ist nur eine von vielen Möglichkeiten. Der medizinische Bereich im 3D Druck und das sogenannte Bioprinting sind weiter auf dem Vormarsch. Dazu später mehr.
  • Werkstücke, Schablonen und Funktionen: Die Kosten und Zyklen solcher Produktionen können durch den Prozess des 3D Drucks stark reduziert werden.
  • Metallgusskörper-Muster: Große Metallobjekte können problemlos durch die Mischung aus 3D Druck und Metallguss erstellt werden.

 

Anwendungsgebiete für und in Unternehmen

Wie bereits beschrieben, ermöglicht 3D Druck eine schnelle und kostengünstige Produktion verschiedenster Gegenstände. Prototypen, Modelle und Einzelstücke werden mittels 3D Druck so zum Beispiel in folgenden Branchen eingesetzt:

  1. Kunst + Design
  2. Architektur
  3. Maschinenbau
  4. Automobilbranche
  5. Contour Crafting

(Klein-)Serienfertigungen durch 3D Druck kommen in folgenden Branchen zum Zug:

  1. Luft- + Raumfahrindustrie
  2. Medizin- und Zahntechnik
  3. Verpackungen (industriell)
  4. Bioprinting

Deutlich wird, dass der 3D Druck noch lange nicht die Grenzen des technologisch Machbaren erreicht hat. Besonders wirtschaftlich erscheint der Aspekt, dass Verpackungen, Gegenstände oder Werkzeuge für geringe Kosten und in schnellerer Zeit hergestellt werden können. Die Zukunft wird zudem weitere Wege eröffnen. Bioprinting, durch das biologisches Material, bspw. Zellen, gedruckt werden, soll bald einen technischen Reifegrad erreicht haben, um ganze Organe drucken zu können. Dieser Schritt würde die Pharma- und Medizinindustrie gänzlich revolutionieren.

3D Drucker Bioprinting

 

Zahlen und Prognosen rund um den 3D Druck in Unternehmen

Das Unternehmen Ricoh Europe untersuchte in einer Studie die Haltung in Unternehmen gegenüber 3D Druck und nahm auf der Basis Prognosen in Bezug auf den zukünftigen Stellenwert dieses Prozesses vor. Kleine sowie mittelständische Unternehmen (KMUs) investieren danach schon heute in 3D Druck, und zwar laut etwa 44 % der befragten Führungskräfte. Und die Prognose steigt: Laut der Studie sollen 2022 etwa drei von vier Unternehmen 3D Druck-Methoden einbeziehen, sodass etwa 75 % aller KMUs 3D Druck im Unternehmen einsetzen.

Attraktiv an dem Einsatz des 3D Drucks sind zum einen die bereits genannte Ressourcenschonung und die Zeitersparnis. Ein weiterer wichtiger Punkt stellt außerdem geringerer Verlust dar. Materialien und Fertigungen können exakt berechnet werden, ohne dass es zur Verschwendung von Ressourcen kommt. Diese Aspekte können über die unternehmensinternen Profite hinaus zum Beispiel auch zu mehr Kundenzufriedenheit im Einzelhandel führen.

3D Drucker Titel

 

Geschichtliche Meilensteine des 3D Drucks

Schaut man zurück, erkennt man die Kinderschuhe des 3D Drucks schon vor etwa 30 Jahren. Hideo Kodamas Verwendung von Photopolymeren (1981) oder auch Charles Hulls Stereolithografie (1984) gelten als erste Ansätze des 3D Drucks. Einen weiteren Aufreger rund um die Jahrtausendwende stellte die erste Implantation eines Organs, das von einem 3D Drucker hergestellt wurde, dar:

„Wissenschaftler am Institut für regenerative Medizin der Wake Forest University in North Carolina druckten synthetische Stützstrukturen einer menschlichen Blase und überzogen diese mit den Zellen menschlicher Patienten. Anschließend wurde das neu erzeugte Gewebe diesen Patienten implantiert. Da es aus ihren eigenen Zellen bestand, war das Risiko einer Abstoßungsreaktion des Immunsystems nahezu ausgeschlossen“. (autodesk)

Es handelt sich beim 3D Druck also um keine historisch neue Technologie. Grundsteine für die Möglichkeiten, die es heute gibt, wurden schon vor Jahrzehnten gelegt. Umso aufregender scheint der Gedanke, welche Innovationen auf dieser Basis in den zukünftigen Jahrzehnten möglich sein werden.

 

Fazit

3D Druck als Basis jeder zukünftigen Produktion? Prototypen, Modelle oder sogar lebende Zellen: All das und mehr sind Möglichkeiten, die durch 3D Drucke in kürzester Zeit und mit wenig Aufwand zu Gegenständen, Werkstücken und laut einiger Ansätze sogar zu Organen gedruckt werden können. Ein Zustand, den man sich zunächst eher argwöhnisch vorzustellen mag. Doch genauer betrachtet bietet dieser Prozess mannigfaltige Vorteile – auch für unternehmerische Abläufe. Verpackungen für wenig Geld in kurzer Zeit herstellen, barrierefrei Prototypen erschaffen oder eine Spenderniere ohne Abstoßungsgefahr und Warteliste beschaffen können? All das ist entweder längst möglich oder kann noch möglich werden. Eine atemberaubend spannende Vorstellung, die man nur zu gerne weiterverfolgt! Demnach nimmt 3D Druck schon heute eine nennenswerte Facette digitaler Transformation ein.

 


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Quellen

https://www.autodesk.de/solutions/3d-printing

https://www.autodesk.de/redshift/geschichte-des-3d-drucks/

https://www.3d-grenzenlos.de/magazin/marktforschung/deutsche-kmu-setzen-bis-2020-auf-3d-druck-27433303/

https://de.wikipedia.org/wiki/3D-Druck